फोटोडिटेक्टर उपकरण संरचना को प्रकार

को प्रकारphotodetector उपकरणसंरचना
फोटो डिटेक्टरअप्टिकल सिग्नललाई विद्युतीय सङ्केतमा रूपान्तरण गर्ने यन्त्र हो, यसको संरचना र विविधतालाई मुख्य रूपमा निम्न वर्गहरूमा विभाजन गर्न सकिन्छ:
(1) फोटोकन्डक्टिभ फोटोडिटेक्टर
जब फोटोकन्डक्टिभ उपकरणहरू प्रकाशमा पर्दा, फोटोजेनरेट गरिएको क्यारियरले तिनीहरूको चालकता बढाउँछ र तिनीहरूको प्रतिरोध घटाउँछ। कोठाको तापक्रममा उत्तेजित वाहकहरू विद्युतीय क्षेत्रको कार्य अन्तर्गत दिशात्मक रूपमा सर्छन्, जसले गर्दा विद्युत् प्रवाह उत्पन्न हुन्छ। प्रकाशको अवस्थामा, इलेक्ट्रोनहरू उत्साहित हुन्छन् र संक्रमण हुन्छ। एकै समयमा, तिनीहरू विद्युतीय क्षेत्रको कार्य अन्तर्गत फोटोकरेन्ट बनाउनको लागि बहाउँछन्। नतिजा फोटो उत्पन्न वाहकहरूले उपकरणको चालकता बढाउँछन् र यसरी प्रतिरोध कम गर्दछ। Photoconductive photodetectors सामान्यतया उच्च लाभ र प्रदर्शन मा ठूलो प्रतिक्रिया देखाउँछ, तर तिनीहरूले उच्च आवृत्ति अप्टिकल संकेत प्रतिक्रिया गर्न सक्दैन, त्यसैले प्रतिक्रिया गति ढिलो छ, जसले केही पक्षहरूमा photoconductive उपकरणहरूको आवेदन सीमित गर्दछ।

(२)PN फोटो डिटेक्टर
PN photodetector P-प्रकार अर्धचालक सामग्री र N-प्रकार अर्धचालक सामग्री बीचको सम्पर्कबाट बनाइएको छ। सम्पर्क गठन हुनु अघि, दुई सामाग्री एक अलग राज्य मा छन्। P-प्रकार अर्धचालकमा फर्मी स्तर भ्यालेन्स ब्यान्डको छेउमा हुन्छ, जबकि N-प्रकार सेमीकन्डक्टरमा फर्मी स्तर कन्डक्शन ब्यान्डको किनारको नजिक हुन्छ। एकै समयमा, कन्डक्शन ब्यान्डको छेउमा रहेको N-प्रकारको सामग्रीको फर्मी स्तर लगातार तलतिर सारिन्छ जबसम्म दुई सामग्रीको फर्मी स्तर समान स्थितिमा हुँदैन। कन्डक्शन ब्यान्ड र भ्यालेन्स ब्यान्डको स्थितिको परिवर्तन पनि ब्यान्डको झुकावको साथमा हुन्छ। PN जंक्शन सन्तुलनमा छ र एक समान फर्मी स्तर छ। चार्ज वाहक विश्लेषणको पक्षबाट, P-प्रकारका सामग्रीहरूमा अधिकांश चार्ज वाहकहरू प्वालहरू हुन्, जबकि N-प्रकार सामग्रीहरूमा अधिकांश चार्ज वाहकहरू इलेक्ट्रोनहरू हुन्। जब दुई सामग्रीहरू सम्पर्कमा हुन्छन्, वाहक एकाग्रतामा भिन्नताको कारण, N-प्रकार सामग्रीहरूमा इलेक्ट्रोनहरू P-प्रकारमा फैलिनेछन्, जबकि N-प्रकार सामग्रीहरूमा इलेक्ट्रोनहरू प्वालहरूमा विपरित दिशामा फैलिनेछन्। इलेक्ट्रोन र प्वालहरूको फैलावटले छोडेको क्षतिपूर्ति नगरिएको क्षेत्रले बिल्ट-इन इलेक्ट्रिक फिल्ड बनाउँछ, र बिल्ट-इन इलेक्ट्रिक फिल्डले क्यारियर ड्रिफ्टलाई प्रवृति गर्नेछ, र बहावको दिशा प्रसारको दिशाको ठीक विपरीत हुन्छ, जसको अर्थ हो। बिल्ट-इन बिजुली क्षेत्रको गठनले वाहकहरूको प्रसारलाई रोक्छ, र त्यहाँ दुई प्रकारको गति सन्तुलित नभएसम्म PN जंक्शन भित्र फैलावट र बहाव दुवै हुन्छन्, ताकि स्थिर वाहक प्रवाह शून्य हुन्छ। आन्तरिक गतिशील सन्तुलन।
जब PN जंक्शन प्रकाश विकिरणमा पर्दा, फोटोनको ऊर्जा क्यारियरमा स्थानान्तरण हुन्छ, र फोटोजनित क्यारियर, त्यो हो, फोटोजनित इलेक्ट्रोन-होल जोडी, उत्पन्न हुन्छ। बिजुली क्षेत्र को कार्य अन्तर्गत, इलेक्ट्रोन र प्वाल क्रमशः N क्षेत्र र P क्षेत्र मा बहाव, र photogenerated क्यारियर को दिशात्मक बहाव photocurrent उत्पन्न गर्दछ। यो PN जंक्शन photodetector को आधारभूत सिद्धान्त हो।

(३)PIN फोटो डिटेक्टर
पिन फोटोडियोड I तहको बीचमा P-प्रकारको सामग्री र N-प्रकारको सामग्री हो, सामग्रीको I तह सामान्यतया आन्तरिक वा कम डोपिङ सामग्री हो। यसको कार्य संयन्त्र PN जंक्शन जस्तै छ, जब PIN जंक्शन प्रकाश विकिरणमा पर्दा, फोटोनले इलेक्ट्रोनमा ऊर्जा स्थानान्तरण गर्दछ, फोटोजनित चार्ज वाहकहरू उत्पन्न गर्दछ, र आन्तरिक विद्युत क्षेत्र वा बाह्य विद्युत क्षेत्रले फोटो उत्पन्न इलेक्ट्रोन-प्वाललाई अलग गर्दछ। डिप्लेशन लेयरमा जोडीहरू, र बहिरा चार्ज क्यारियरहरूले बाह्य सर्किटमा करेन्ट बनाउँदछ। लेयर I द्वारा खेलेको भूमिका डिप्लेसन लेयरको चौडाइ विस्तार गर्नु हो, र लेयर I पूर्ण रूपमा ठूलो पूर्वाग्रह भोल्टेज अन्तर्गत डिप्लेसन लेयर बन्नेछ, र उत्पन्न इलेक्ट्रोन-होल जोडीहरू द्रुत रूपमा अलग हुनेछन्, त्यसैले प्रतिक्रिया गति। PIN जंक्शन फोटोडिटेक्टर सामान्यतया PN जंक्शन डिटेक्टर भन्दा छिटो हुन्छ। I लेयर बाहिरका वाहकहरू पनि डिफ्यूजन मोशन मार्फत डिप्लेसन लेयरद्वारा सङ्कलन गरिन्छ, एक प्रसार प्रवाह बनाउँछ। I तहको मोटाई सामान्यतया धेरै पातलो हुन्छ, र यसको उद्देश्य डिटेक्टरको प्रतिक्रिया गति सुधार गर्नु हो।

(४)APD फोटो डिटेक्टरहिमस्खलन फोटोडियोड
को संयन्त्रहिमस्खलन फोटोडियोडPN जंक्शन जस्तै छ। APD फोटोडेटेक्टरले भारी डोप गरिएको PN जंक्शन प्रयोग गर्दछ, APD पत्ता लगाउने आधारमा सञ्चालन भोल्टेज ठूलो छ, र जब ठूलो रिभर्स पूर्वाग्रह थपिन्छ, APD भित्र टक्कर आयनीकरण र हिमस्खलन गुणन हुनेछ, र डिटेक्टरको प्रदर्शन फोटोकरेन्ट बढाइन्छ। जब APD रिभर्स बायस मोडमा हुन्छ, डिप्लेसन लेयरमा भएको विद्युतीय क्षेत्र धेरै बलियो हुन्छ, र प्रकाशबाट उत्पन्न फोटोजेनरेट गरिएका क्यारियरहरू द्रुत रूपमा छुट्याइनेछ र विद्युतीय क्षेत्रको कार्य अन्तर्गत द्रुत रूपमा बहिनेछ। त्यहाँ एक सम्भावना छ कि इलेक्ट्रोनहरू यस प्रक्रियाको क्रममा जालीमा टक्कर हुनेछन्, जालीमा इलेक्ट्रोनहरू आयनीकृत हुन सक्छ। यो प्रक्रिया दोहोर्याइएको छ, र जालीमा ionized आयनहरू पनि जालीसँग टकराउँछन्, जसले गर्दा APD मा चार्ज वाहकहरूको संख्या बढ्छ, परिणामस्वरूप ठूलो प्रवाह हुन्छ। यो APD भित्रको यो अद्वितीय भौतिक संयन्त्र हो कि APD-आधारित डिटेक्टरहरूमा सामान्यतया द्रुत प्रतिक्रिया गति, ठूलो वर्तमान मूल्य लाभ र उच्च संवेदनशीलताको विशेषताहरू हुन्छन्। PN जंक्शन र PIN जंक्शनको तुलनामा, APD सँग छिटो प्रतिक्रिया गति छ, जुन हालको फोटोसेन्सिटिभ ट्यूबहरू बीचको सबैभन्दा छिटो प्रतिक्रिया गति हो।

(5) Schottky जंक्शन फोटोडिटेक्टर
Schottky जंक्शन फोटोडेटेक्टरको आधारभूत संरचना एक Schottky डायोड हो, जसको विद्युतीय विशेषताहरू माथि वर्णन गरिएको PN जंक्शनसँग मिल्दोजुल्दो छ, र यसमा सकारात्मक प्रवाह र रिभर्स कट-अफको साथ एकदिशात्मक चालकता छ। जब उच्च कार्य प्रकार्य भएको धातु र कम कार्य प्रकार्यको साथ एक सेमीकन्डक्टर सम्पर्क गर्दछ, एक Schottky अवरोध बनाइन्छ, र परिणामस्वरूप जंक्शन एक Schottky जंक्शन हो। मुख्य संयन्त्र केही हदसम्म PN जंक्शनसँग मिल्दोजुल्दो छ, उदाहरणको रूपमा N-प्रकार अर्धचालकहरू लिँदा, जब दुई सामग्रीहरू सम्पर्क बनाउँछन्, दुई सामग्रीको भिन्न इलेक्ट्रोन सांद्रताको कारण, सेमीकन्डक्टरमा इलेक्ट्रोनहरू धातुको छेउमा फैलिनेछन्। डिफ्युज्ड इलेक्ट्रोनहरू धातुको एक छेउमा लगातार जम्मा हुन्छन्, यसरी धातुको मूल विद्युतीय तटस्थतालाई नष्ट गर्दछ, सम्पर्क सतहमा सेमीकन्डक्टरबाट धातुमा निर्मित विद्युतीय क्षेत्र बनाउँदछ, र इलेक्ट्रोनहरू धातुको कार्य अन्तर्गत बग्नेछ। आन्तरिक विद्युतीय क्षेत्र, र वाहकको प्रसार र बहाव गति एकै समयमा, गतिशील सन्तुलनमा पुग्नको लागि समयको अवधि पछि, र अन्तमा एक Schottky जंक्शन बनाइनेछ। प्रकाश अवस्थाहरूमा, बाधा क्षेत्रले प्रत्यक्ष रूपमा प्रकाश अवशोषित गर्दछ र इलेक्ट्रोन-प्वाल जोडीहरू उत्पन्न गर्दछ, जबकि PN जंक्शन भित्र फोटो उत्पन्न वाहकहरू जंक्शन क्षेत्रमा पुग्न प्रसार क्षेत्रबाट पार गर्न आवश्यक छ। PN जंक्शनको तुलनामा, Schottky जंक्शनमा आधारित photodetector सँग छिटो प्रतिक्रिया गति छ, र प्रतिक्रिया गति पनि ns स्तर पुग्न सक्छ।